專利名稱：金屬錳或錳合金的凝固?；尚凸に嚨闹谱鞣椒?br> 技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種錳合金生產(chǎn)技術(shù)，具體為一種金屬錳或錳合金的凝固粒 化成型工藝。
背景技術(shù)：
鐵合金是一個傳統(tǒng)的原料型基礎(chǔ)工業(yè)，是鋼鐵工業(yè)的重要組成部分。錳
合金是鐵合金中主要的一種原料，錳(Mn)是銀白色脆性金屬，在地殼中分布 較廣，密度(20。C)為7.40g/cm3，熔點為1244°C。錳的生產(chǎn)主要是采用電硅熱 法冶煉。錳是脆性金屬，不能單獨作結(jié)構(gòu)材料使用。主要以鐵合金形態(tài)用作 煉鋼脫氧劑和添加劑，也是良好的脫硫劑。每噸粗鋼平均消耗錳6Kg左右。 金屬錳則是優(yōu)質(zhì)鋼和銅、鎳、鋁、鎂等合金的脫氧劑和添加劑。鋼中加錳可 起細(xì)化結(jié)晶組織的作用，并因形成碳化物而提高強度，所以錳合金廣泛用于 結(jié)構(gòu)鋼、鋼軌鋼、彈簧鋼等方面。錳還在不銹鋼中部分代替鎳(如Cr18Mn8Ni5); 含錳13%的奧氏體型高錳耐磨鋼具有極好的耐磨性能。故有無錳不成鋼之說。
但因錳合金是一種中間金屬產(chǎn)品，絕大部分用作再次熔煉金屬的原料， 所以在使用及運輸時有一定的形狀要求(由諸如廠商、用戶、物料性能及經(jīng) 濟價值等決定)。目前，所有的生產(chǎn)廠家采用傳統(tǒng)錠模澆鑄工藝，其流程為 首先將燒好的鐵水通過爐眼(出鐵口)經(jīng)鐵水槽澆灌入鐵水包內(nèi)，其次用行 車將鐵水包吊起，利用密度將渣鐵分離，將包內(nèi)鐵水倒裝入錠模即可，最后 待靜冷后，即可將鑄好的模塊送入粉碎車間進行破碎、篩分，而后裝袋、出 售。這是因其本身脆性所決定的必然的常規(guī)工序。在這些過程中有7-10%的錳合金變成了金屬粉末，需要再回爐重熔，這是一個很大的消耗或損失，且 在破碎的過程中消耗許多的人力、物力，且生產(chǎn)效率低，污染大、勞動條件 極差。產(chǎn)生此現(xiàn)象的主要原因是錳的脆性決定的。目前從國內(nèi)外資料檢索來 看，尚未發(fā)現(xiàn)有人在做錳合金的?；c成型工作，雖然國外有些廠家在硅鐵、 鉻鐵生產(chǎn)中做了許多實用性的研究，但錳合金?；矫嫒匀皇强瞻住Ｖ袊?錳合金產(chǎn)量約為近千萬噸，僅此一道工序，每年將占用大量的人力資源、且 其工業(yè)粉塵對人體也是非常有害的，而且手工破碎與篩分的效率也是很低的。 所以若能成功進行錳或錳合金的機械化?；a(chǎn)，將是鐵合金行業(yè)的一大突 破，所帶來的經(jīng)濟效益將是巨大的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了解決現(xiàn)有錳合金生產(chǎn)鑄造技術(shù)中存在的錳合金釘破碎時顆粒 不規(guī)則、粉末率高的問題而提供了一種金屬錳或錳合金的凝固?；尚凸に?。
本發(fā)明是由以下技術(shù)方案實現(xiàn)的， 一種金屬錳或錳合金的凝固粒化成型 工藝，包括原料的熔化，將熔化后的金屬液澆模，金屬液在澆模前經(jīng)過電磁 場攪拌處理。
錳在澆鑄后的碎裂，主要是因其性脆而有應(yīng)力所致。應(yīng)力來源主要是相
變應(yīng)力與溫度應(yīng)力。錳有"、^、 r三種結(jié)晶構(gòu)型。在常溫下"型穩(wěn)定，高
溫下刀型穩(wěn)定；。+ -型的錳質(zhì)硬而性脆，故降溫時有晶型轉(zhuǎn)變會有很大內(nèi)應(yīng)力。
因為應(yīng)力有三種按其作用區(qū)域的大小分有
第一類宏觀應(yīng)力。在宏觀尺寸范圍內(nèi)存在并保持平衡的應(yīng)力。 第二類微觀應(yīng)力。它存在于一個晶?；驇讉€晶粒內(nèi)，在晶粒尺寸范圍內(nèi)保持平衡的應(yīng)力。從金屬物理可知，各個晶粒所受的切應(yīng)力與取向因子成 正比。若此切應(yīng)力略大于臨界內(nèi)應(yīng)力，則晶粒會產(chǎn)生塑性變性。結(jié)果引起晶 粒內(nèi)部其它晶粒也產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，這種應(yīng)力在幾個晶粒間存在并保持平衡。
第三類超微觀應(yīng)力。它是存在與幾個原子或幾千個原子內(nèi)并保持平衡 的應(yīng)力。例如，間隙原子與溶劑原子間存在的應(yīng)力。
對錳合金而言，主要引起破裂的應(yīng)力應(yīng)當(dāng)是第二類微觀應(yīng)力。因為第一 類宏觀應(yīng)力可以通過尺寸和調(diào)整來消除，而第二類應(yīng)力恰好在晶粒大小范圍 內(nèi)，對應(yīng)著相變時晶粒尺寸的變化而起作用，故應(yīng)當(dāng)盡可能將它消除掉，而 第三類也將在同時會降至最小。
故在其結(jié)晶凝固時，可采用磁場攪拌結(jié)晶的方法，使其晶粒不能長大成 樹枝狀晶，使其晶粒的取向有規(guī)律性，使第二類內(nèi)應(yīng)力減至最小而不會引起 自然開裂。
由實驗觀察知，金屬錳錠在自然冷卻時開裂的溫度在400-150度之間。 如圖2所示，是在自然冷卻后的金相照片，可以看到自然結(jié)晶后晶粒的取向 與晶粒的形狀，基本上是樹枝狀晶。這樣的晶粒最后是全部開裂的。如圖3 是在采用電磁攪拌冷卻后的顯微結(jié)構(gòu)?？煽吹絻?nèi)部的晶粒主要為橢圓狀的， 已經(jīng)最大限度地使應(yīng)力集中的條件減至最低了，這種晶粒是最理想的。破碎 顆粒化非常容易。
在磁場攪拌下，在澆鑄溫度的條件下，磁力使正在凝固的金屬液產(chǎn)生渦 流運動，或者說使金屬液的流動至少產(chǎn)生紊流效應(yīng)，打碎了枝晶，獲得有利 的結(jié)晶結(jié)構(gòu)。現(xiàn)有技術(shù)在生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生15%的粉末率，再回收時要耗能。 本發(fā)明所述工藝改進后得到的產(chǎn)品在鑄型的邊緣會有粉末產(chǎn)生，約有2%粉末率。極大地降低了損耗。


圖1為電磁場攪拌結(jié)晶器的結(jié)構(gòu)示意圖
圖2是在錳錠自然冷卻后的金相照片 圖3是在錳錠經(jīng)本工藝處理冷卻后的金相照片 圖4線圈排列示意圖 圖5磁力線分布示意圖 圖6為實現(xiàn)本工藝流程的裝置結(jié)構(gòu)簡圖
具體實施例方式
一種金屬錳或錳合金的凝固?；尚凸に嚕ㄔ系娜刍?，將熔化后 的金屬液澆模，金屬液在澆模前經(jīng)過電磁場攪拌，實際生產(chǎn)中一般采用旋轉(zhuǎn) 電磁場。旋轉(zhuǎn)電磁場發(fā)生裝置的產(chǎn)生是本領(lǐng)域技術(shù)人員容易實現(xiàn)的，例如專 利號為CN93208691.8公開的一種旋轉(zhuǎn)電磁場發(fā)生裝置。
圖1為本發(fā)明中使用的電磁場攪拌結(jié)晶器結(jié)構(gòu)示意圖，結(jié)構(gòu)包括熔液流 道l，熔液流道外設(shè)有冷卻水套2，熔液流道外還設(shè)有產(chǎn)生磁場的線圈3，電 磁場攪拌結(jié)晶器下方為傳送皮帶機4，電磁場攪拌結(jié)晶器和傳送皮帶之間還設(shè) 有鑄模。圖4為產(chǎn)生磁場的線圈布置示意圖。采用三相兩極通電線圈，在空 間對稱排列以建立一個旋轉(zhuǎn)的磁場，金屬錳或錳合金熔液穿磁場流過。因只 有一對磁極，所以磁場轉(zhuǎn)速高，磁力線可以貫穿整個線圈內(nèi)腔如圖5所示。 磁場恰好對流過其中的金屬液起作用，電源采用工頻電。
圖6表示了電磁攪拌結(jié)晶器6在使用時的工藝位置，連接一個調(diào)壓器5， 根據(jù)生產(chǎn)的實際情況，電流在30A左右，電壓為100-150V，磁場強度可以控制在0.04t到O.llt范圍之內(nèi)即能到起到攪拌作用。通電時間在20-30分鐘左 右，即可完成生產(chǎn)任務(wù)，此時間為正常工作時間即全部金屬熔液經(jīng)鑄模機7 流到皮帶機上的時間。
首先將燒好的金屬錳或錳合金熔液通過爐眼(出液口)經(jīng)鐵水槽澆灌入 鐵水包內(nèi)，其次用行車將鐵水包吊起，利用密度將渣鐵分離，將包內(nèi)熔液倒 入中間包，第三，再次用行車將中間包吊起，將包內(nèi)熔液澆入鐵水槽內(nèi)，通 過落差控制熔液在鐵水槽中的流動速度，使熔液通過鐵水槽流入電磁攪拌結(jié) 晶器內(nèi)；最后熔液通過電磁攪拌結(jié)晶器經(jīng)磁化，流到皮帶機上的鑄模中。鑄模 ?；尚秃蟮漠a(chǎn)品形狀由模具來決定，按鑄模的形狀， 一般為30-50皿大小 的錐體形，或根據(jù)用戶的要求而定。(國標(biāo)是8Kg)。最后澆鑄成的產(chǎn)品均為 30 50mm的椎體形?？蛻羰褂脮r無需再次進行精碎加工。
權(quán)利要求
1、一種金屬錳或錳合金的凝固?；尚凸に嚕ㄔ系娜刍?，將熔化后的金屬液澆模，其特征在于金屬液在澆模前經(jīng)過電磁場攪拌處理。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬錳或錳合金的凝固?；尚凸に?，其特征 在于金屬液澆模過程中使用電磁場攪拌結(jié)晶器。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬錳或錳合金的凝固?；尚凸に?，其特征 在于磁場強度可以控制在0.04t到0.11t之間。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種錳合金生產(chǎn)技術(shù)，具體為一種金屬錳或錳合金的凝固?；尚凸に嚒＝鉀Q現(xiàn)有錳合金生產(chǎn)鑄造技術(shù)中存在的錳合金釘破碎時顆粒不規(guī)則、粉末率高的問題。工藝，包括原料的熔化，將熔化后的金屬液澆模，金屬液在澆模前經(jīng)過電磁場攪拌。在磁場攪拌下，在澆鑄溫度的條件下，磁力使正在凝固的金屬液產(chǎn)生渦流運動，或者說使金屬液的流動至少產(chǎn)生紊流效應(yīng)，打碎了枝晶，獲得有利的結(jié)晶結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)有技術(shù)在生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生15％的粉末率，再回收時要耗能。本發(fā)明所述工藝改進后得到的產(chǎn)品在鑄型的邊緣會有粉末產(chǎn)生，約有2％粉末率。極大地降低了損耗。
文檔編號B22D21/00GK101497124SQ200910073728
公開日2009年8月5日 申請日期2009年1月21日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月21日
發(fā)明者宋晉樂, 宋秉成, 康國柱, 杜永慧, 羅盛騰, 蔚曉嘉, 閻志強 申請人:交城義望鐵合金有限責(zé)任公司